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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft im allgemeinen Halbleiterbearbeitung unter Nutzung
eines Plasmas und insbesondere die Verbesserung einer Plasmaverteilung
und der Verfahrensleistung in einem Plasma, das durch induktive
Kopplung erzeugt und unterhalten wird.
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Hintergrund der Erfindung
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Gasplasmaerzeugung
wird verbreitet in einer Vielfalt von Herstellungsverfahren für integrierte Schaltungen
(IC) verwendet, einschließlich
Plasma-Ätzen,
plasmaunterstützte
chemische Dampfabscheidung (PECVD) und Plasma-Zerstäubungsabscheidungsanwendungen.
Im allgemeinen werden Plasmen in einer Prozeßkammer erzeugt, indem ein Niederdruck-Prozeßgas in
die Kammer eingeleitet wird und dann elektrische Energie in die
Kammer gerichtet wird, um ein elektrisches Feld darin zu erzeugen.
Das elektrische Feld erzeugt einen Elektronenfluß in der Kammer, der einzelne
Gasatome und Moleküle
ionisiert, indem durch einzelne Elektron-Gasmolekül-Kollisionen
kinetische Energie überfragen wird.
Die Elektronen werden im elektrischen Feld beschleunigt, wobei sie
eine effiziente Ionisation erzeugen. Die ionisierten Teilchen des
Gases und freie Elektronen bilden zusammen etwas, was als ein Gasplasma
oder eine Entladung bezeichnet wird. Das Plasma kann (beruhend auf
dem Bruchteil der ionisierten Teilchen bezüglich der Gesamtanzahl der Teilchen)
bei verschiedenen Ionisationspegeln von 10–6 bis
zu einem vollständig
ionisierten Plasma existieren.
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Die
Plasmateilchen werden im allgemeinen positiv geladen sein und werden
für gewöhnlich zum Ätzen einer
Oberfläche
eines Substrats in der Kammer oder zum Abscheiden einer Materialschicht
auf ein solches Substrat genutzt. In einem Ätzverfahren kann das Substrat
negativ vorgespannt sein, so daß die
positiven Plasmateilchen an die Substratoberfläche angezogen werden, um die
Oberfläche
zu bombardieren und so Oberflächenteilchen
zu entfernen oder das Substrat zu ätzen. In einem Zerstäubungsabscheidungsverfahren
kann ein Target in der Kammer gegenüber dem Substrat angeordnet
sein. Das Target wird dann vorgespannt, so daß Plasmateilchen das Target
bombardieren und Targetteilchen daraus herausreißen oder „zerstäuben". Die zerstäubten Targetteilchen scheiden
sich dann auf dem Substrat ab, um auf einer freiliegenden Oberfläche desselben
eine Materialschicht zu bilden. In einem plasmaunterstützten CVD-Verfahren
bilden die elektrisch neutralen, aktiven Radikale eine abgeschiedene
Schicht auf freiliegenden Oberflächen.
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Im
allgemeinen gibt es mehrere unterschiedliche Arten, ein Plasma in
einer Prozeßkammer
zu erzeugen. Zum Beispiel könnte
ein Paar gegenüberliegender
Elektroden in der Kammer orientiert sein, um kapazitiv Energie in
das Plasma zu koppeln. Es könnte
auch ein Mikrowellen-Hohlraumresonator genutzt werden, der Ultrahochfrequenz-Mikrowellenfelder nutzt.
Andererseits verwenden Elektronzyklotronresonanz-(ECR)-Vorrichtungen gesteuerte
Magnetfelder in Verbindung mit Mikrowellenenergie, um einen kreisförmigen Elektronenfluß im Prozeßgas zu
induzieren, um ein Plasma zu erzeugen und zu unterhalten. Induktive
Kopplungsverfahren sind ebenfalls populär und sind wegen ihrer Fähigkeit,
ein hochdichtes Plasma zu erzeugen, besonders wünschenswert. Induktiv gekoppelte
Plasmen (ICP) nutzen im allgemeinen eine geformte Spule oder Antenne,
die bezüglich der
Prozeßkammer
angeordnet ist, um induktiv Energie in die Prozeßkammer zu koppeln und so ein
Plasma darin zu erzeugen und zu unterhalten.
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Zum
Beispiel ist in einer besonderen Gestaltung für eine induktiv gekoppelte
Plasma-(ICP)-Anlage
eine induktive Spule oder Antenne nahe dem oberen Abschnitt der
Kammer angeordnet, um ein Plasma in der Kammer zu erzeugen. Genauer
gesagt ist die Antenne auf einer Seite einer Isolierplatte oder
eines Fensters auf der Oberseite der Prozeßkammer angeordnet, und elektrische
Energie aus der Antenne wird durch das Isolierfenster und in das
Plasma gekoppelt. Eine solche Gestaltung wird im US-Patent Nr.
5,556,521 dargestellt, das
mit der vorliegenden Anmeldung gemeinsam besessen wird.
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In
einer alternativen ICP-Bearbeitungsanlage ist eine schraubenförmige oder
solenoidförmige Spule
um das Äußere eines
Seitenwandabschnitts der Prozeßkammer
gewickelt, um vielmehr durch die Kammerseitenwand als durch den
oberen Teil der Kammer induktiv Energie in das Plasma zu koppeln. In
einer solchen Anlage wird ein Abschnitt der Kammerseitenwand aus
einem Isoliermaterial hergestellt, durch das die induktiv gekoppelte
Energie gehen kann. Ein geeignetes Isoliermaterial für ein Fenster oder
eine Kammerseitenwand ist Quarz. Es sind verschiedene ICP-Anlagen
in der Technik bekannt und werden genutzt, wie verschiedene publizierte
Patente beweisen, die auf bestimmte ICP-Details gerichtet sind, wie die Plasmagleichmäßigkeit,
HF-Anpassung und die Leistungseigenschaften der Antennen oder anderen
induktiven Elemente.
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Die
Geometrie einer ICP-Anlage ist eine bedeutender Faktor bei der Bestimmung
sowohl der Plasmadichte als auch der Gleichmäßigkeit, und schließlich der
Bearbeitungsgleichmäßigkeit über die Fläche des
Substrats. Für
heutige Verfahren ist es wünschenswert,
ein einheitliches, hochdichtes Plasma über einen signifikant großen Bereich zu
erzeugen, so daß große Substratgrößen untergebracht werden
könnten.
Zum Beispiel erfordert die Herstellung von heutigen ultrahöchstintegrierten
(ULSI) Schaltungen ein dichtes, einheitliches Plasma über große Substrate
mit Durchmesseren von annähernd 200
mm.
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Insbesondere
wird in einer ICP-Anlage das Plasma durch Erwärmung oder Anregung von Elektronen
im Plasmabereich der Prozeßkammer
erregt. Die Induktionsströme,
die die Plasmaelektronen aufheizen, werden aus oszillierenden Magnetfeldern
abgeleitet, die nahe der Innenseite des Isolierfensters oder der
Seitenwand durch HF-Ströme
in der induktiven Antenne oder Spule erzeugt werden. Die räumliche
Verteilung dieser Magnetfelder ist eine Funktion der Summe der einzelnen
Magnetfelder, die durch jeden Abschnitt oder jedes Segment des Antennen- oder
Spulenleiters erzeugt werden. Daher bestimmt die Geometrie der induktiven
Antenne oder Spule die räumliche
Verteilung des Plasmas beträchtlich,
und insbesondere die räumliche
Verteilung und Gleichmäßigkeit
der Plasmaionendichte in der Prozeßkammer. Zum Beispiel baut
eine Antenne mit einer ,S'-Form,
wie jene, die im US-Patent
Nr.
5,669,975 offenbart
wird, eine beträchtliche
Ionendichte im zentralen Bereich der Antenne auf. Bei höheren HF-Leistungspegeln
werden die äußeren Abschnitte
der Antenne ebenfalls bedeutend zur Plasmaionisation beitragen.
Während
ein bedeutender Vorteil einer ICP-Anlage, die eine solche Antenne
nutzt, die Linearität
der Anlage bezüglich
der Leistung ist, die an die Antenne und auch an den Radius der
Prozeßkammer geliefert
wird, und während
die gegenwärtigen ICP-Anlagen
und Antennengestaltungen, die darin genutzt werden, eine ausreichende
Plasmaerzeugung geliefert haben, weisen solche Anlagen immer noch
bestimmte Nachteile auf.
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Zum
Beispiel ist es innerhalb der Grenzen vorhandener ICP-Anlagen und
Antennenanordnungen schwierig, die Prozeßkammer zur Behandlung größerer Substrate
auf einer größere Größe zu skalieren,
ohne die Abmessungen der Antenne oder der Spule bedeutend zu vergrößern. Eine
ICP-Antenne mit einer größeren Aufstandsfläche muß mit einer kostspieligen
Modifikation an die Bearbeitungsanlage angepaßt werden. Außerdem zeigen
größere Antennen
und ihre zugehörigen
Plasmen eine größere Empfindlichkeit
gegenüber
Verfahrensparametern in der Kammer. Zum Beispiel wird das Plasmaverfahren,
wie ein Ätz-
oder Abscheidungsverfahren, gegenüber Verfahrensparametern, wie
dem Substrat-Target-Abstand in einer Zerstäubungsanlage, dem Targetmaterial
in einer Zerstäubungsanlage, dem
Druck in der Prozeßkammer
und der Höhen- und
Breitengestaltung der Kammer empfindlicher.
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Außerdem haben
gegenwärtige
ICP-Anlagen, die ebene spiralförmige
Antennen nutzen, eine Asymmetrie gezeigt, wobei die Verteilung des
Plasmas nicht mit der zentralen Achse der Kammer ausgerichtet ist.
Eine solche Plasmaasymmetrie verschlechtert die Gleichmäßigkeit
des Plasmas und die Gleichmäßigkeit
des Abscheidungs- oder Ätzverfahrens,
wodurch der Gesamtwirkungsgrad der Anlage beeinflußt wird.
Desweiteren können
ebene Antennen für
ein Verfahren und einen entsprechenden Satz Parameter ein ring-
oder wulstförmiges
Plasma zeigen, während
sie für
ein anderes Verfahren und andere Parameter ein Plasma mit einem
zentralen Maximum erzeugen. Folglich ist die Plasmaform und Gleichmäßigkeit
in solchen ICP-Anlagen nicht konsistent und wird verfahrensabhängig sein.
Daher wird das gesamte IC-Herstellungsverfahren von einem Plasmaverfahren
zu einem anderen Plasmaverfahren nicht konsistent sein.
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Ein
weiterer Nachteil bei Anlagen mit ebener Antenne, die eine S-förmige Antenne
oder Spule nutzen, ist, daß die äußeren Abschnitte
der Spule nur geringfügig
die Plasmen beeinflussen, die durch den zentralen Bereich der Spule
erzeugt werden, was folglich eine Azimutalabhängigkeit im Plasma und eine
entsprechende Azimutalabhängigkeit
in den geätzten
oder abgeschiedenen Filmen auf dem Substrat ergibt. Das heißt, längs einer
Achse des Ebene, die durch die Spule definiert wird, wird das Plasma eine
andere Gleichmäßigkeit
und Dichte als längs
einer anderen ebenen Achse der Spule aufweisen.
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Folglich
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile im
Stand der Technik zu überwinden
und eine Plasmabearbeitungsanlage und insbesondere eine ICP-Anlage bereitzustellen,
in der ein dichtes, einheitliches Plasma erzeugt wird.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einheitliches
Plasma bereitzustellen, das weniger von der Größe und Form der Prozeßkammer
abhängig
ist, als gegenwärtige
Plasmabearbeitungsanlagen.
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Es
ist noch eine weitere Aufgabe, ein Plasma bereitzustellen, das in
der Prozeßkammer
symmetrisch ist.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einheitliches,
dichtes Plasma über
einen großen
Bereich bereitzustellen, wie einem Bereich, der ausreicht, einen
200 mm-Wafer zu behandeln, während
eine kompakte und kostengünstige Gestaltung
der induktiven Spule oder Antenne beibehalten wird.
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Es
ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine konsistente
Plasmaerzeugung bereitzustellen, und dadurch konsistente Verfahren,
wie Ätzverfahren
und Abscheidungsverfahren bereitzustellen, die weniger von den Verfahrensparametern,
wie dem Druck und/oder der Kammergeometrie oder Größe abhängig sind.
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Diese
und andere Aufgaben werden aus der Beschreibung der Erfindung leichter
deutlich werden, die im folgenden dargelegt wird.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Das
US-Patent
5648701 offenbart
eine Plasmaanlage, die ein Gefäß, eine
Antenne zum Anlegen eines elektromagnetischen Feldes an ein Plasmagas im
Gefäß und eine
flache Spule zum Anlegen eines äußeren Magnetfelds
an das Gas aufweist.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Element zur Kopplung elektrischer
Energie in eine Prozeßkammer
bereit, um ein Plasma aus einem Prozeßgas in der Kammer zu erzeugen,
wobei das Element ein elektrisch leitendes Element aufweist, das
eine Spule mit mehreren Spulenwindungen aufweist, die aufeinanderfolgend
längs der
Länge der
Spule angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens
eine der Spulenwindungen in einer erste Ebene orientiert ist und
daß mindestens
eine der Spulenwindungen in einer zweiten Ebene orientiert ist,
die zur ersten Ebene winkelig ist.
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Es
wird außerdem
eine Bearbeitungsanlage zur Bearbeitung eines Substrats mit einem
Plasma bereitgestellt, die einmalig geformte induktive Elemente
zur Erzeugung und Aufrechterhaltung des Plasmas nutzt. Die hierin
beschriebenen Anlagen, die ein Element nutzen, das gemäß den Prinzipien der
vorliegenden Erfindung gestaltet ist, erzeugen ein einheitliches
und dichtes Plasma über
einen signifikant großen
Bereich in der Kammer, ohne eine bedeutende Erhöhung der Kammergröße zum Unterbringen
des induktiven Elements zu benötigen.
Wohingegen bei den Plasmabearbeitungsanlagen des Stands der Technik
eine erhöhte
Energie, die in das Plasma eingeleitet wird, eine beträchtliche
Erhöhung der
Größe des induktiven
Elements ebenso wie der entsprechenden Größe der Prozeßkammer
erforderte, stellt die vorliegende Erfindung dichte einheitliche Plasmen
bereit, während
sie eine kompakte, und daher verhältnismäßig kostengünstige Bearbeitungsanlage beibehält.
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Insbesondere
weist die Bearbeitungsanlage eine Prozeßkammer auf, die einen Prozeßraum darin definiert
und einen Substrathalter zum Halten eines Substrats im Prozeßraum aufweist.
Ein Gaseinlaß leitet
ein Prozeßgas
in den Prozeßraum
ein, und eine Plasmaquelle der Anlage ist betriebsfähig, ein
Plasma aus dem Prozeßgas
zu erzeugen. Die Plasmaquelle weist ein Isolierfenster mit einer
im wesentlichen ebenen Oberfläche
auf, das nahe des Prozeßraums,
wo das Plasma erzeugt werden soll, eine Schnittstelle mit der Prozeßkammer
bildet. Es ist ein induktives Element außerhalb der Kammer und nahe des
Isolierfensters angeordnet und ist zur induktiven Kopplung elektrischer
Energie durch das Isolierfenster und in den Prozeßraum betriebsfähig, um
ein Plasma darin zu erzeugen und aufrechtzuerhalten.
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Die
Erfindung erwägt
mehrere unterschiedliche Gestaltungen des induktiven Elements, um
die Ziele der vorliegenden Erfindung zu erreichen.
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Das
induktive Element weist eine Spule auf, die mehrere Spulenwindungen
aufweist, die aufeinanderfolgend längs der Länge der Spule und von einer
Seite des Isolierfensters angeordnet sind. Mindestens eine der Spulenwindungen
ist in einer ersten Ebene orientiert, und eine andere der Spulenwindungen
ist in einer zweiten Ebene orientiert, die zur ersten Ebene winkelig
ist. Insbesondere sind mehrere Spulenwindungen in der ersten Ebene
orientiert und mehrere Spulenwindungen sind außerdem in Ebenen orientiert,
die zur ersten Ebene winkelig sind. Die erste Ebene ist im wesentlichen
parallel zu einer ebenen Oberfläche
des Isolierfensters orientiert. Auf diese Weise liegen die Spulenwindungen
in der erste Ebene flach am Isolierfenster an. Die zur ersten Ebene
winkeligen Spulenwindungen sind unter einem Winkel zum Isolierfenster
angeordnet. In einer Ausführungsform
sind die Spulenwindungen, die bezüglich der ersten Ebene winkelig
sind, so orientiert, daß sie
im wesentlichen senkrecht zur ersten Ebene sind. In anderen Ausführungsformen
sind die Spulenwindungen um weniger als 90° zur ersten Ebene winkelig.
Vorzugsweise sind mehrere Gruppen von Spulenwindungen in der ersten
Ebene orientiert, wohingegen die Spulenwindungen, die zur ersten
Ebene winkelig sind, zwischen diesen Gruppen von Spulenwindungen
angeordnet sind. Auf diese Weise wird ein einheitliches Plasma erzeugt.
Indem einige Spulenwindungen des induktiven Elements in einer Ebene gehalten
werden, die flach am Isolierfenster liegt, wird die Plasmastabilität aufrechterhalten.
Die Nutzung von Spulenwindungen, die zum ebenen Isolierfenster winkelig
sind, sorgt für
eine größere Anzahl von
Spulenwindungen längs
des Isolierfensters, als durch Nutzung einer im wesentlichen ebenen
Spule mit im wesentlichen denselben Abmessungen erzielt werden würde. Das
heißt,
das erfinderische Element erzeugt ein dichtes einheitliches Plasma,
wobei eine kompakte Gestaltung genutzt wird, die keine bedeutende
Erhöhung
der Größe der Prozeßkammer
benötigt.
Die in der ersten Ebene orientierten Spulenwindungen liegen in derselben
Ebene und sind konzentrisch, und definieren ein inneres Spulenende
und ein äußeres Spulenende.
In alternativen Ausführungsformen
der Erfindung sind die Spulenwindungen, die bezüglich des ebenen Isolierfensters
winkelig sind, mit den Spulenwindungen in der ersten Ebene entweder
am inneren Spulenende oder am äußeren Spulenende
gekoppelt, um die Gestaltung des induktiven Elements zu verändern und
so seine Wirkung auf das Plasma zu verändern.
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Die
Bearbeitungsanlage kann ein zweites induktives Element, wie eine
schraubenförmige
Spule aufweisen, die um einen Kammerseitenwandabschnitt gewickelt
ist, der in Verbindung mit dem erfinderischen induktiven Element
genutzt wird. Auf diese Weise wird sowohl vom Ende der Kammer als
auch von der Seitenwand der Kammer elektrische Energie induktiv
in ein Plasma eingeleitet. Vorzugsweise ist jedes der induktiven
Elemente mit einer unabhängigen
elektrischen Energiequelle gekoppelt, um die ersten und zweiten
induktiven Elemente unabhängig
vorzuspannen. Außerdem
sind vorzugsweise Faraday-Käfige zwischen
jeweils den induktiven Elementen und dem Plasma angeordnet, um die induktive
Kopplung der elektrischen Energie in das Plasma zu verbesseren und
die kapazitive Kopplung zu reduzieren.
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Die
vorliegende Erfindung, die mehrere, unabhängig vorgespannte induktive
Elemente nutzt, kann für
eine Vielfalt unterschiedlicher Verfahren genutzt werden, einschließlich Ätzverfahren
und Abscheidungsverfahren. Es ist festgestellt worden, daß die vorliegende
Erfindung für
die physikalische Abscheidung aus der ionisierten Dampfphase (iPVD) besonders
nützlich
ist. Zu diesem Zweck könnte
das Targetmaterial nahe dem Isolierfenster angeordnet sein, um durch
ein Plasma zerstäubt
zu werden, das durch das erfinderische induktive Element nahe diesem
Isolierfenster erzeugt wird.
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Die
Bearbeitungsanlage der vorliegenden Erfindung, die die erfinderischen
induktiven Elemente nutzt, stellt dichte, einheitliche Plasmen in
einer kompakten Gestaltung bereit. Die erfinderischen primären induktiven
Elemente können
in Verbindung mit sekundären
induktiven Elementen zur weiteren Verbesserung der Plasmaverfahren
genutzt werden, wie einer physikalische Abscheidung aus der ionisierten
Dampfphase. Die Erfindung kann genutzt werden, um größere elektrische
Energiemengen in ein unterhaltenes Plasma zu induzieren, ohne eine kostspielige
Zunahme der Größe der Kammer
zu benötigen,
die zur Unterbringung des induktiven Element notwendig ist. Diese
Vorteile und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in
der folgenden detaillierten Beschreibung angegeben.
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Kurze Beschreibung der
Figuren
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Die
beigefügten
Zeichnungen, die in diese Beschreibung eingebaut sind und einen
Teil von ihr bilden, veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung
und dienen zusammen mit einer allgemeinen Beschreibung der Erfindung,
die im folgenden gegeben wird, dazu, die Prinzipien der Erfindung
zu erläutern.
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1A ist eine perspektivische
Ansicht eines induktiven Elements, das in der Plasmabearbeitungsanlage
der Erfindung genutzt wird.
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1B ist eine Vorderansicht
des induktiven Elements der 1A.
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1C ist eine perspektivische
Ansicht einer alternativen Ausführungsform
eines induktiven Elements gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung.
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1D ist eine seitliche schematische,
teilweise abgebrochene Ansicht einer Plasmabearbeitungsanlage gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung.
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1E ist eine perspektivische
Ansicht des induktiven Elements der 1,
das mit einem Faraday-Käfig
genutzt wird.
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1F ist eine perspektivische
Ansicht eines induktiven Elements
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2A ist eine perspektivische
Ansicht einer alternativen Ausführungsform
eines induktiven Elements gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung.
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2B ist eine perspektivische
Ansicht des induktiven Elements der 2A mit
einer reduzierten Anzahl von Leitern im zentralen Bereich.
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3A ist eine perspektivische
Ansicht einer alternativen Ausführungsform
eines induktiven Elements gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung.
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3B ist eine Vorderansicht
des induktiven Elements der 3A.
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4 ist eine perspektivische
Ansicht einer alternativen Ausführungsform
eines induktiven Elements gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung.
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5A ist eine perspektivische
Ansicht eines weiteren induktiven Elements.
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5B ist eine perspektivische
Ansicht einer alternativen Ausführungsform
eines induktiven Elements gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung.
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6 ist eine seitliche schematische
und teilweise gebrochene Ansicht einer Zerstäubungsabscheidungs-Bearbeitungsanlage
gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
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1A ist eine perspektivische
Ansicht einer Ausführungsform
eines induktiven Elements gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in einer Plasmabearbeitungsanlage,
wie jener, die in 1D gezeigt
wird. Es wird ein induktives Element 10 genutzt, um zum
Zünden
und Unterhalten eines Plasmas zur Bearbeitung eines Substrats induktiv
elektrische Energie in eine Prozeßkammer zu koppeln. Plasmabearbeitung
wird verbreitet in der IC-Herstellung verwendet. Zum Beispiel könnte die erfinderische
Anlage für
Zerstäubungsätz- und
Abscheidungsverfahren, plasmaunterstützte CVD-(PECVD)-Verfahren,
Ionisations-PVD-(iPVD)-Verfahren und reaktive Ionenätzverfahren
(RIE) verwendet werden.
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1D stellt eine Bearbeitungsanlage 12 mit
einer Prozeßkammer 13 dar,
die einen Prozeßraum 14 darin
definiert. Die Bearbeitungsanlage 12 ist zur Verwendung
mit verschiedenen der hierin beschriebenen induktiven Elemente geeignet.
Ein Substrathalter 17 im Raum 14 ist zum Halten
eines zu bearbeitenden Substrats 18 gestaltet. Der Substrathalter 17 kann
mit einer größeren Grundplatte 16 verbunden
sein. Ein Gaseinlaß 20 ist
zum Einleiten eines Prozeßgases
in den Prozeßraum 14,
um ein Plasma zu bilden, mit einer Prozeßgaszufuhr 22, wie einer
Argongaszufuhr gekoppelt. Eine Substrat-Vorspannungs-Stromversorgung 19 spannt
den Substrathalter 17 und das Substrat 18 vor,
wie in der Technik der Plasmabearbeitung bekannt ist. Die Bearbeitungsanlage
weist ferner ein Fenster oder oberen Abschnitt 24a auf,
der aus einem Isoliermaterial, wie Quarz oder Aluminiumoxid besteht,
der genutzt wird, um induktiv elektrische Energie aus dem Element 10 in
den Prozeßraum 14 zu
koppeln.
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Zu
diesem Zweck ist ein induktives Element, wie ein Element 10,
das in 1A dargestellt
wird, auf dem Isolierfensters 24a angeordnet. Die Bearbeitungsanlage
weist ferner Seitenwände 24b und 24c auf,
die den Prozeßraum 14 umgeben.
Abschnitte der Seitenwand 24c können aus einem Isoliermaterial,
wie Quarz bestehen, während
ein anderer Abschnitt 24b aus Metall besteht. Abschnitte
der Seitenwand 24c können
genutzt werden, um induktiv elektrische Energie aus einem induktiven
Element in den Raum 14 zu koppeln, wie weiter unten erläutert wird. Das
induktive Element kann irgendeines von induktiven Elementen sein,
die hierin offenbart werden, und das Element 10 wird in 10 nur zu Veranschauungszwecken genutzt.
Das induktive Element 10 ist durch eine Anpassungseinheit 26a mit
einer Quelle elektrischer Energie gekoppelt, wie einer HF-Stromversorgung 26b,
die das induktive Element 10 vorspannt, um gemäß bekannten
ICP-Prinzipien veränderliche
HF-Magnetfelder im Prozeßraum 14 zur
Bildung eines Plasmas 28 darin zu erzeugen. Die Anpassungseinheit
ist eine elektrische Schaltung, die üblichen Fachleuten wohlbekannt
ist, um die Impedanzen der HF-Stromversorgung 26b und des
induktiven Elements 10 anzupassen, um unter verschiedenen
Bedingungen eine maximale, in das Element 10 und das Plasma
gelieferte Leistung bereitzustellen. Das Plasma 28 wird
dann zur Bearbeitung des Substrats 18 genutzt werden, wie
durch Plasma-Ätzen oder
Zerstäubungsabscheidung,
gemäß Prinzipien, die
einem üblichen
Fachmann der Plasmabearbeitungstechnik wohlbekannt sind.
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Die
induktiven Magnetfelder, die durch die HF-Ströme im induktiven Element 10 erzeugt
werden, werden durch das Isolierfenster 24a in den Raum 14 gekoppelt.
Das Isolierfenster 24a ist im wesentlichen eben und wird
eine ebene Oberfläche 30 aufweisen,
gegenüber
der das induktive Element 10 orientiert ist. Natürlich könnten nicht-ebene
Fenster genutzt werden, und die Fenster können gemäß den im. Stand der Technik
bekannten Isolierfenstern profilierte Oberflächen oder anders geformte Oberflächen aufweisen.
Die Gestaltung des induktiven Elements 10 und seine Position
bezüglich
der Prozeßkammer 12 und
dem Isolierfenster 24a werden gemäß den Prinzipien der vorliegenden
Erfindung die Form, Dichte und Gleichmäßigkeit des Plasmas beeinflussen.
Die vorliegende Erfindung wendet sich verschiedenen Nachteilen der
Plasma-Bearbeitungsanlagen des Stands der Technik zu, indem sie
einmalige Gestaltungen für
die induktiven Elemente verwendet, um die Plasmen zu verändern, die
in der Prozeßkammer
durch solche induktiven Elemente erzeugt werden.
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Um
die induktive Kopplung in den Prozeßraum 14 zu steigern,
könnten
Faraday-Käfige
verwendet werden. Es wird ein oberer Faraday-Käfig 15 gezeigt, der
nahe des Isolierfensters 24a in 1D, nahe der Seite des Fensters angeordnet
ist, die zum Inneren der Kammer 13 und zum Substrat 18 weist. Ein
unterer Faraday-Käfig 21 könnte in
der Kammer angeordnet und längs
einer Seite der Isolierseitenwand 24c orientiert sein.
Während
beide Faraday-Käfige 15, 21 auf
der Innenseite der Kammer 13 angeordnet gezeigt werden,
können
sie ebenso gut auf der Außenseite
der Kammer angeordnet sein. Die Faraday-Käfige sind zwischen allen induktiven
Elementen, wie dem Element 10, und dem Prozeßraum 14 angeordnet,
wo das Plasma erzeugt wird. Der untere Faraday-Käfig 21 kann insbesondere
nützlich sein,
wenn ein zweites induktives Element, wie ein Element um die Seitenwand 24c genutzt
wird (siehe 8A–8B). Faraday-Käfige sind
in der Technik bekannt und stellen effektiv eine verbesserte induktive Kopplung
von Energie aus dem Element 10, durch das Isolierfenster
und in den Prozeßraum
bereit. Faraday-Käfige
reduzieren außerdem
die unerwünschte
kapazitive Kopplung zwischen den induktiven Elementen und dem Plasma.
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Im
allgemeinen werden die Faraday-Käfige mehrere
Schlitze enthalten, die in den Abschirmungen ausgebildet sind, wie
in den Abschirmungen 15, 21 der 1D dargestellt. In der Abschirmung 15 sind
die Schlitze 23 so angeordnet, daß sie sich von einem Ende der
Abschirmung zum nächsten
erstrecken, wie in 1E dargestellt.
Die Abschirmung 15, wie in 1E gezeigt,
liegt in der Form einer Platte vor, die aus Metall besteht, die
mehrere, im wesentlichen horizontale und parallele Schlitze 23 aufweist, die
darin ausgebildet sind. Die Abschirmung 21 liegt in der
Form eines zylindrischen Elements vor, das um das Innere der Seitenwand 24c mit
im wesentlichen vertikalen Schlitzen 25 darin gewickelt
ist. Jedoch könnten
die Schlitze, wie die Schlitze 23 in der Abschirmung 15 auch
mit anderen Orientierungen gestaltet sein, abhängig von der Form der induktiven Elemente.
Zum Beispiel könnten
die Schlitze den Formen der Leiter in anderen induktiven Elementen folgen,
wie in den 6A, 6D oder 7D gezeigt
und im folgenden weiter erläutert.
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Auf 1A zurückkommend, liegt das induktive
Element 10, das auch als eine Antenne bezeichnet werden
könnte,
in der Form einer Spule mit mehreren Spulenwindungen 32 vor.
Die Ausdrücke „induktives
Element" und „Antenne" werden hierin austauschbar
verwendet. Das induktive Element oder die Spule besteht gemäß Prinzipien,
die in der Technik bekannt sind, aus einem elektrischen Leiter.
Der Leiter, wie ein länglicher Metalldraht
oder eine längliche
Metallröhre,
ist gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung gestaltet und geformt, um ein Element
zu bilden, das induktiv Energie in eine Prozeßkammer koppeln wird, wenn
ein elektrischer Strom durch das Element geschickt wird.
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Bezugnehmend
auf 1A, weist die Spule 10 mehrere,
aufeinanderfolgende Spulenwindungen 34a, 34b auf,
die aufeinanderfolgend längs
der Länge
der Spule angeordnet sind. Wenn sie in Verbindung mit einem Isolierfenster
gemäß den Prinzipien der
Erfindung genutzt werden, sind die Spulenwindungen aufeinanderfolgend
von einem Ende des Isolierfensters 24a zu einem anderen
Ende des Fensters angeordnet, oder von einer Seite zur anderen Seite,
wie in 1D gezeigt. Das
heißt,
die Spulenwindungen mindestens einer der Ausführungsformen der Erfindung
sind eine Windung nach der anderen über das Isolierfenster angeordnet.
Mindestens eine der Spulenwindungen des Elements 10, wie
die Spulenwindung 34a, ist in einer ersten Richtung oder Ebene
orientiert, die durch eine im wesentlichen horizontale Ebene definiert
wird, wie in 1A durch die
gestrichelte Linie 36 und durch eine entsprechende Bezugsziffer
in 1D dargestellt. Andere
Spulenwindungen 34b sind in zweite Richtungen oder zweite
Ebenen orientiert, wie durch die im wesentlichen vertikale Ebene
der Bezugsziffer 38 (1A) dargestellt.
Gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung ist die Spulenwindung 34a in
einer ersten Ebene orientiert, wie der Ebene 36, die zur
zweiten Ebene, wie der Ebene 38 winkelig ist, in der die
Spulenwindung 34b orientiert ist. In einer Ausführungsform
sind die Ebene 36 und die Spulenwindung 34a im
wesentlichen senkrecht zur Ebene 38 und den Spulenwindungen 34b.
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In
einer Bearbeitungsanlage, wie der Anlage 12, die in 1D gezeigt wird, ist das
induktive Element 10 an einer Seite des Isolierfensters 24a angeordnet,
so daß die
erste horizontale Ebene 36 im wesentlichen parallel zu
einer ebenen Oberseite 30 des Isolierfensters orientiert
ist. Das heißt,
die Spulenwindung 34a und andere entsprechend orientierte
Spulenwindungen des Elements 10 sind in einer Ebene orientiert,
die im wesentlichen parallel zur ebenen Oberfläche 30 des Isolierfensters 24a ist.
In einer solchen Orientierung sind die Spulenwindung 34b,
und die Spulenwindungen, die ähnlich
wie die Spulenwindung 34b orientiert sind, in der vertikalen
Ebene 38 und in anderen vertikalen Ebenen orientiert, die
entsprechend, jedoch lateral von der Ebene 38 beabstandet
orientiert sind, wie in den 1D und 1E gezeigt. Die Spulenwindungen 34b sind
folglich im wesentlichen senkrecht zur ebenen Oberfläche 30 des Isolierfensters
orientiert. In der Ausführungsform
der 1A sind mehrere
Spulenwindungen, wie die Windung 34a, im wesentlichen horizontal
orientiert und liegen im wesentlichen in derselben Ebene und sind konzentrisch
zueinander. Die Spulenwindungen 34b sind über der
horizontalen Ebene 36 winkelig und sind in der Ausführungsform
der 1A im wesentlichen
vertikal orientiert. Die Spulenwindungen 34b liegen nicht
in derselben Ebene, sondern liegen vielmehr in voneinander beabstandeten
vertikalen Ebenen. Die voneinander beabstandeten vertikalen Ebenen 38 sind
im wesentlichen zueinander parallel, wie in den 1A und 1D gezeigt.
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Obwohl
die Spulenwindungen 34b im wesentlichen vertikal orientiert
sind, können
diese Windungen auch Segmente 39 enthalten, die im wesentlichen
in oder parallel zur Ebene 36 orientiert sind. Die Segmente 39 sind
im wesentlichen parallel zueinander und sind im wesentlichen parallel
zu den Segmenten 41 der Spulenwindungen 34a. Die
kombinierten Segmente 39, 41 der verschiedenen
Spulenwindungen des Elements 10 erzeugen einen Bereich, der
durch die Klammer 43 in 1A angezeigt
wird, der zu einem großen
Bereich der effektiven Ionisation im Plasma führt. Der Bereich der effektiven
Ionisation 43 ist größer als
der Bereich, der mit den vollständig ebenen
Spulen des Stands der Technik erzielt werden kann, die im wesentlichen ähnliche
horizontale Aufstandsflächen
aufweisen.
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Da
zum Beispiel eine Anzahl der Spulenwindungen (d.h. die Windungen 34b)
nicht mit den Windungen 34a in derselben Ebene liegen,
können
diese Windungen 34b die Segmente 39 zur Plasmaionisation
beitragen, ohne zusätzliche
Windungen um das Äußere der
vorhandenen Windungen 34a zu erzielen. Wie erkannt werden
kann, würde
in den flachen Spulen des Stands der Technik, wie in der S-förmigen Spule
in 1F, jedes zusätzliche
Segment 41 eine weitere, in derselben Ebene liegende und
konzentrische Windung 35, die ähnlich zu den Windungen 34a ist,
um das Äußere der
vorhandenen Windungen benötigen.
Diese zusätzlichen
Windungen 35 würden die
horizontale Aufstandsfläche
der Spule bedeutend vergrößern. Die
größere Spulenaufstandsfläche würde wiederum
ein größeres Isolierfenster 24 und
eine größere Kammer 13 erfordern,
was die Gesamtkosten der Kammer und der Gesamtanlage erhöht. Jedoch
benötigt
jedes zusätzliche
Segment 39, das zum Ionisationsbereich 43 des
Elements 10 beiträgt, keine
weitere Spulenwindung, die um die äußersten Spulenwindungen in
der Ebene 36 gewickelt sind. Vielmehr liegen die Spulenwindungen 34b außerhalb der
Ebene 36 und erhöhen
vielmehr nur die vertikale Höhe
des Elements 10, als seine horizontale Aufstandsfläche. Daher
kann eine Prozeßkammer
mit einem kleineren horizontalen Querschnitt genutzt werden. Die
Spulenwindungen des Elements 10 werden in den 1A, 1B, 1D und 1E als im wesentlichen halbkreisförmig gezeigt,
obwohl sie gemäß der Erfindung
ebenso andere Formen aufweisen könnten.
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Induktive
Elemente gemäß den Prinzipien der
vorliegenden Erfindung, wie sie in 1A–1E, 2A–2B, 3A–3B, 4 und 5B gezeigt werden, erzeugen einen größeren Bereich
einer effektiven Ionisation in einer Plasmaprozeßkammer, als mit den ebenen
Elementen des Stands der Technik erzielt werden kann, die im wesentlichen ähnlich große Aufstandsflächen aufweisen.
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In
einer Ausführungsform,
wie in den 1D und 1E dargestellt, ist das induktive
Element der Erfindung bezüglich
eines Faraday-Käfigs
so angeordnet, daß die
Segmente 39, 41, die den Bereich 43 bilden,
senkrecht zu den Schlitzen des Faraday-Käfigs orientiert sind. Wie in 1E gezeigt, ist das induktive
Element 10 über
dem Isolierfenster 24a und der geschlitzten Abschirmung 15 angeordnet.
Die Schlitze 23 sind in der Abschirmung 15 so
orientiert, daß sie
im wesentlichen senkrecht zu den Spulenwindungssegmenten 39, 41 im
Bereich 43 verlaufen. Eine solche Anordnung, wie in 1E gezeigt, stellt einen
noch größeren effektiven
Bereich der induktiven Energiekopplung und Gasionisation in einem Plasma
bereit, als eine Anlage ohne eine solche Abschirmung.
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Folglich
kann ein großes,
dichtes Plasma im Prozeßraum 14 einer
Kammer 13 mit dem erfinderischen induktiven Element 10 erzeugt
werden, während
dieselben Querschnittsabmessungen des Isolierfensters 24 und
der Kammer 13 beibehalten werden, wie sie mit induktiven
Spulenelementen und Antennen des Stands der Technik erreicht werden.
Außerdem
sind die induktiven Elemente, wie jene, die in den Figuren hierin
dargestellt und beschrieben werden, weniger durch die horizontalen
Querschnittsabmessungen des Isolierfensters und der Prozeßkammer
in ihrer Anzahl an Spulenwindungen begrenzt. Auf diese Weise kann
eine erhöhte
Anzahl von nützlichen
Spulenwindungen mit den induktiven Elementen der Erfindung innerhalb
eines Bereichs 43 genutzt werden, als es mit einer rein
ebenen Spulenantenne, wie einer S-förmigen Antenne, wie in 1F gezeigt, räumlich möglich wäre. Der
Hauptplasmaerzeugungsbereich 43 wird im allgemeinen nahe
der Mitte des induktiven Elements liegen, und daher könnten unter
Nutzung der erfinderischen Gestaltungen, wie jene der 1A–1E, 2A–2B, 3A–3B, 4 und 5B zum
Beispiel, mehr Spulenwindungssegmente 39, 41 im
Mittenbereich 43 des induktiven Elements angeordnet werden,
um ein dichteres Plasma zu erzeugen, während die horizontale Aufstandsfläche oder
Querschnittsabmessung des induktiven Elements nicht bedeutend beeinflußt wird.
Es ist auch festgestellt worden, daß das induktive Element 10 der
Erfindung dennoch die Stabilität
des Plasmas aufrechterhält,
indem bestimmte Spulenwindungen (d.h. Windungen 34a) in
einer Ebene beibehalten werden, die im wesentlichen parallel zur
Ebene 25 des Isolierfensters 24 orientiert ist.
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Im
allgemeinen werden hierin bei der Beschreibung der verschiedenen
induktiven Elemente gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung unterschiedliche Orientierungen, Richtungen
und Ebenen der verschiedenen Spulenwindungen, Spulenwindungsabschnitte
und Spulenwindungssegmente oder Spulensegmente als „horizontal" und „vertikal" bezüglich einer
horizontalen Bezugsebene 25 beschrieben, die von einem
Isolierfenster 24a der Ausführungsformen der hierin offenbarten
Bearbeitungsanlage abgeleitet wird. Entsprechend werden Spulenwindungen,
Spulenwindungsabschnitte und Spulenwindungssegmente ebenfalls als
parallel (horizontal) oder senkrecht (vertikal) bezüglich derselben
horizontalen Bezugsebene 25 angegeben. Jedoch ist eine
solche Nomenklatur, wie „horizontal", „vertikal", „parallel" und „senkrecht" nicht absolut begrenzend,
und es wird durch einen üblichen
Fachmann leicht zu verstehen sein, daß ein Element, das bezüglich einer
Bezugsebene als horizontal angegeben wird, tatsächlich vertikal orientiert
wäre, wenn
die Bezugsebene um 90° gedreht
würde.
Außerdem
wird ein Element, das im wesentlichen parallel zu einer Bezugsebene
ist, im wesentlichen senkrecht zu einer anderen Bezugsebene sein,
die im wesentlichen um 90° von
der ersten Bezugsebene orientiert sein könnte. Entsprechend werden die
Spulenwindungen der induktiven Elemente der Erfindung nicht immer
vollständig
oder absolut in einer einzigen Ebene liegen, da sie Windungen einer
Spule sind. Vielmehr werden die Spulenwindungen, Windungsabschnitte
und Windungssegmente, die als horizontal, vertikal, parallel oder
senkrecht angegeben werden, auch bedeuten, wo es passend ist, daß die Windungen,
Abschnitte, Segmente oder Orientierungen im wesentlichen oder vorliegend
vertikal, horizontal, parallel oder senkrecht sind, abhängig von
der Gestaltung des erfinderischen induktiven Elements. Außerdem werden Ebenen
hierin genutzt, um Richtungen oder Orientierungen zu veranschaulichen;
und sind nicht dazu bestimmt, die Spulenwindungen als immer eben
zu definieren. Als solche ist die Erfindung und insbesondere die
Erfindung, wie sie in den Ansprüchen
dargestellt wird, nicht auf absolute Orientierungen beschränkt, wie
durch einen üblichen
Fachmann verstanden werden wird.
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Mit
den Spulen des Elements 10, die ähnlich zur Spule 34a in 1A sind, wird ein Plasmastrom in
einem geschlossenen Kreislauf im Prozeßraum 14 aufrechterhalten,
der das Plasma 28 innerhalb des Prozeßraums stabilisiert. Der Stromkreis
wird schematisch als Kreis 35 in 1A gezeigt. Wie oben erwähnt, ist
ein weiterer Vorteil bei einer Spulengestaltung, die ähnlich zu
den hierin offenbarten ist, wie das Element 10, daß die Gesamtzahl
der Spulenwindungen im induktiven Element 10 und die Anzahl
der Windungen nahe der Mitte des Elements nicht durch die Abmessungen
des Isolierfensters begrenzt sind, wie es bei ebenen Spulen des
Stands der Technik der Fall ist, die zahlreiche konzentrische und
in derselben Ebene liegende Spulenwindungen in einer horizontalen
Ebene verwenden. Bei der vorliegenden Erfindung sind Windungen über der
horizontalen Ebene winkelig, und eine größere Anzahl senkrechter Spulenwindungen 34b kann
in der Mitte des induktiven Elements 10 angeordnet werden,
um dadurch die Anzahl der effektiven Windungssegmente 39 im
zentralen Bereich 43 des Elements und die in das Plasma gekoppelte
Energiemenge zu erhöhen,
ohne den Gesamtdurchmesser oder die Längen-/Breitenabmessungen des Elements 10 und
des Isolierfensters bedeutend zu erhöhen.
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Erneut
auf 1A bezugnehmend,
weist jede der im wesentlichen senkrechten Spulenwindungen 34b ein
Segment 39 auf, das im wesentlichen in einer horizontalen
Ebene 36 und folglich im wesentlichen parallel zur ebenen
Oberfläche 30 des Isolierfensters 24 angeordnet
ist. Wie oben erläutert, ist
das induktive Element oder die Antenne 10 so gestaltet,
daß die
Segmente 39 ebenfalls im wesentlichen parallel zueinander
und zu den Windungssegmenten 41 sind. Die Kombination der
Spulenwindungssegmente 39 und 41 stellt den Hauptplasmaerzeugungsbereich
des induktiven Elements 10 bereit. Eine Veränderung
des Abstands zwischen allen der jeweiligen Segmente 39 und 41 kann
genutzt werden, um das Plasma innerhalb eines Prozeßraums auszubreiten
oder das Plasma einzuengen. Das heißt, eine größere Anzahl von Spulenwindungen
im induktiven Element 1O in der im wesentlichen selben
horizontalen Aufstandsfläche
wird jedes der jeweiligen Segmente 39, 41 räumlich enger
zusammenbringen und folglich das Plasma dichter machen. Weniger
Spulenwindungen und ein größerer Abstand zwischen
den verschiedenen Spulenwindungssegmenten 39 und 41 wird
das Plasma weniger dicht machen.
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Wie
in 1B dargestellt, sind
die verschiedenen vertikalen Spulenwindungen 34b im wesentlichen
parallel zur vertikalen Bezugsebene 38 orientiert. Da die
vertikalen Spulenwindungen 34b von einer Windung in die
nächste übergehen
müssen,
wie in 1B gezeigt, werden
die vertikalen Spulenwindungen nicht innerhalb einer definierten
vertikalen Ebene jeweils vollständig
sein, die absolut parallel zur Bezugsebene 38 ist. Jedoch
werden zum Zweck der Beschreibung dieser Erfindung die vertikalen Spulenwindungen 34b so
betrachtet, als seien sie im wesentlichen parallel mit der Bezugsebene 38 und
im wesentlichen senkrecht zu Bezugsebene 36 und der ebenen
Oberfläche 30 des
Isolierfensters 24a.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung, die in 1A gezeigt
wird, ist das induktive Element 10 so geformt, daß die horizontalen
Spulenwindungen 34a im wesentlichen in einer Ebene 36 orientiert
sind. Die Windungen 34a sind auf jeder Seite der vertikalen
Spulenwindungen 34b angeordnet, die im wesentlichen senkrecht
zur Ebene 36 sind. Auf diese Weise wird die Gesamtsymmetrie
des Plasmas aufrechterhalten. Die HF-Leistung aus der HF-Stromversorgung 26b wird
unter Nutzung einer Anpassungseinheit 26a an den Segmenten 42 in
das Element 10 gekoppelt, die in 1B in einer im wesentlichen aufrechten
Position gezeigt werden. Jedoch könnten die Segmente 42 auch
in der Ebene 36 orientiert. sein. Die Segmente 42 sind
am inneren Ende 24a der Spule angeordnet. Die HF- Leistung wird an
den Enden der Spule, die die induktiven Elemente bildet, ähnlich in
die Elemente der 1B–1D, 2A–2B, 3A–3B, 4 und 5A–5B gekoppelt.
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Das
Element 10, wie es in den Ausführungsformen der 1A und 1B gezeigt wird, kann so modifiziert
werden, daß es
zu jeder Form des Isolierfensters 24a paßt. Zum
Beispiel nutzt die in den 1A und 1B dargestellte Ausführungsform
horizontale Spulenwindungen 34a, die eine Halbkreisform
aufweisen, die im allgemeinen für
ein kreisförmiges
oder elliptisches Isolierfenster geeignet ist. Ein induktives Element
oder eine Antenne 10a, wie in 1C gezeigt, weist horizontale Spulenwindungen 43a auf,
die in ihrer Form rechteckig und für ein rechteckiges Isolierfenster
geeignet sind, um die Fensterform am effizientesten zu nutzen und
um eine große Anzahl
von Spulenwindungen im Element 1A sicherzustellen. Entsprechend
könnten
die vertikalen Windungen 34b in ihrer Form verändert werden,
so daß sie
eher rechteckig sind oder eine andere Form aufweisen, als daß sie halbkreisförmig sind,
wie in den 1A-1C und
anderen Figuren hierin gezeigt. 4 stellt
ein Element 10e dar, das halbkreisförmig horizontale Spulenwindungen 53 und
eine rechteckige vertikale Windung 55 verwendet. Wie durch
einen üblichen
Fachmann verstanden wird, können
verschiedene Modifikationen an der Form der Spulenwindungen der
hierin beschriebenen induktiven Elemente vorgenommen werden, ohne
den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Zum Beispiel kann eine größere Anzahl
oder kleinere Anzahl von horizontalen Windungen 34a und/oder
vertikalen Windungen 34b gemäß den Prinzipien der vorliegenden
Erfindung genutzt werden, um eine Gestaltung für eine besondere Prozeßraum- und
Kammergeometrie zuzuschneiden.
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Alternative
Gestaltungen für
induktive Elemente oder Antennen, die in einer ICP-Anlage genutzt werden,
werden in den 2A und 28 dargestellt. Darin kann die Kopplung
zwischen den horizontalen Spulenwindungen und vertikalen Spulenwindungen
infolge einer anderen Anordnung der horizontalen Windungen und ihrer
Kopplung an eine HF-Leistungsquelle variiert werden.
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Insbesondere
nutzt das induktive Element 10 der 1A mehrere horizontale Spulenwindungen 34a,
die in einer spiralförmigen
Weise gewickelt sind, um ein inneres Spulenende 42a und
ein äußeres Spulenende 42b bereitzustellen.
In der in 1A dargestellten
Ausführungsform
wird die HF-Leistung in die horizontalen Spulenwindungen nahe eines
inneren Spulenendes 42a gekoppelt. Jedoch wird in der in 2A dargestellten Ausführungsform
die HF-Leistung an den äußeren Spulenenden 46b in
die Antenne 10b gekoppelt. An den inneren Spulenenden 46a sind
die vertikalen Spulenwindungen 48 mit den horizontalen
Spulenwindungen 48 gekoppelt, um ein Einheitselement 10b bereitzustellen.
Gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung kann die Anzahl der horizontalen Spulenwindungen 45 und
vertikalen Spulenwindungen 48 variiert werden. Zum Beispiel
nutzt die Antenne 10c in 2B weniger
vertikale Spulenwindungen 48 als die Antenne 10b der 2A.
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Auf 3A bezugnehmend, kann eine
andere Ausführungsform
der Erfindung ein induktives Element mit aufrechten Spulenwindungen
nutzen, die geneigt oder winkelig sind, so daß sie in Ebenen zwischen den
horizontalen und vertikalen Bezugsebenen 36, 38 liegen.
Wie in 3A dargestellt,
weist das induktive Element 10d horizontale Spulenwindungen 50a und
aufrechte Spulenwindungen 50b auf, die im wesentlichen
außerhalb
einer horizontalen Ebene liegen. Die horizontalen Spulenwindungen 50a sind
im wesentlichen parallel zu einer horizontalen Bezugsebene 36 angeordnet
und würden
folglich im wesentlichen parallel zur Isolierfensteroberfläche 30 liegen
(siehe 3B). Die Spulenwindungen 50b befinden
sich winkelig über
der horizontalen Bezugsebene 36. Eine oder mehrere der
Spulenwindungen 50b können
vorliegend in einer senkrechten oder vertikalen Ebene 38 angeordnet
sein. Jedoch können
gemäß eines
anderen Aspekts der vorliegenden Erfindung andere der Spulenwindungen 50b,
wie die Spulenwindungen 52, geneigt oder winkelig zwischen
den horizontalen und vertikalen Bezugsebenen 36, 38 liegen.
Die Neigung oder der Winkel der Spulenwindungen 52 wird
die Magnetfeldkonturen des Elements 1D beeinflussen, die
durch das Isolierfenster eindringen, und wird folglich die Energie
beeinflussen, die an das Plasma geliefert wird. Als solche wird
die Neigung der zentralen Spulenwindungen 52 die Induktivitätseigenschaften
der Antenne 10d beeinflussen und wird eine Veränderlichkeit
bezüglich
der Form und Dichte des Plasmas bereitstellen. Auf diese Weise könnte die
Neigung der Spulenwindungen 52 variiert werden, falls geeignet,
um die Arbeitsweise eines induktiven Elements oder einer Antenne
auf eine bestimmte Prozeßkammer
und auf andere Parameter zuzuschneiden, wie den Pegel der HF-Leistung,
die an das Plasma geliefert wird, um ein wünschenswert dichtes und einheitliches
Plasma bereitzustellen.
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Ein
weiterer Vorteil der Anlage der vorliegenden Erfindung, die induktive
Elemente oder Antennen nutzt, wie sie hierin offenbart werden, ist,
daß die Anlage
genutzt werden kann, um „heiße Flecken" bezüglich des
induktiven Elements zu beseitigen. Induktive Elemente weisen im
allgemeinen einen primären
Abschnitt oder einen Bereich derselben auf, der auf die Kopplung
von Energie in ein Plasma am meisten anspricht. Mit einer S-förmigen Spule des Stands der
Technik, wie in 1F dargestellt,
liegt dieser Abschnitt im allgemeinen in der Mitte 43 des Elements,
wobei die parallelen Segmente der Spulenwindungen ausgerichtet sind.
Jedoch liefert der Hauptplasmaabschnitt 43 des induktiven
Elements 37 in 1F häufig zu
viel Energie in bestimmte Bereiche des Plasmas (d.h. einen heißen Fleck).
Als Ergebnis kann das Isolierfenster 24a, wie ein Quarzfenster
in einer ICP-Anlage
tatsächlich
zerstäubt oder
angegriffen werden. Eine solche Zerstäubung des Isolierfensters 24a kann
das gesamte Plasmaverfahren verunreinigen, sei es ein Abscheidungs- oder Ätzverfahren.
Wenn ein Faraday-Käfig
in der Kammer verwendet wird, um eine Zerstäubung des Isolierfensters zu
verhindern, könnte
die Abschirmung selbst zerstäubt
werden, was ebenfalls das Plasmaverfahren verunreinigt. In den induktiven
Elementen der Erfindung, wie sie in den 1A–1E, 2A–2B und 3A–3B dargestellt werden,
sind die Spulenwindungen des zentralen Bereichs 43 der
Elemente so gestaltet und angeordnet, daß ein überwiegender Abschnitt dieser
Spulen über
der horizontalen Ebene liegt, obgleich diese bestimmten Segmente dieser
Spulenwindungen, wie die Segmente 39, in einer horizontalen
Ebene liegen. Bei einer solchen Gestaltung hat der Erfinder festgestellt,
daß unerwünschte heiße Flecken
im Plasma und die resultierende Zerstäubung eines Faraday-Käfigs oder
des Isolierfensters reduziert werden kann. Da eine solche Zerstäubung eine
Verunreinigung bei der Plasmabearbeitung eines Substrat verursachen
kann, wird die vorliegende Erfindung daher eine solche Verunreinigung
reduzieren.
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Die 5A und 5B stellen zusätzliche Ausführungsformen
eines dreidimensionalen induktiven Elements zur Verwendung in einer
Bearbeitungsanlage dar, jedoch entspricht nur 5B der Erfindung. Die induktiven Elemente
oder Antennen, die in den 5A und 5B dargestellt werden, nutzen
Spulenwindungen mit Segmenten oder Abschnitten, die außerhalb
einer im wesentlichen horizontalen Ebene orientiert sind, um dichte,
einheitliche Plasmen in einem Prozeßraum bereitzustellen, ohne
die gesamte horizontale Aufstandsfläche der Antennengestaltung bedeutend
zu vergrößern. Die
induktiven Elemente der 5A und 58 nutzen Spulenwindungen, die ebenso die
vertikalen Höhen
der Elemente reduzieren. Die Elemente in den 5A und 58 nutzen
zusätzliche
Spulenwindungen, die sich vertikal über einer Grundebene erheben,
die sich jedoch immer noch im wesentlichen horizontal erstrecken,
um die gesamte vertikale Höhe
des Elements zu begrenzen.
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Nun
auf 5A bezugnehmend,
weist das induktive Element 60 mehrere Spulenwindungen 62 auf.
Mehrere der Spulenwindungen 62 weisen Windungsabschnitte 64 auf,
die in voneinander beabstandeten und im wesentlichen parallelen
Ebenen orientiert sind, wie in den Figuren gezeigt. Die voneinander
beabstandeten und im wesentlichen parallelen Ebenen werden so gezeigt,
daß sie
im wesentlichen horizontal orientiert sind. Das heißt, wenn
das induktive Element 60 auf einem Isolierfenster angeordnet
wäre, wie
in 1D dargestellt, würden die Abschnitte 64 der
Spulenwindungen 62 in im wesentlichen horizontalen Ebenen
parallel zur Ebene 25, die durch das Isolierfenster definiert
wird, und dem Raum über
dieser Ebene liegen (siehe 1D).
Auf diese Weise bilden die Spulenwindungsabschnitte im wesentlichen übereinander
angeordnete Spulenwindungen. Mehrere der Spulenwindungen 62 weisen
jedoch außerdem
Abschnitte oder Segmente 66 derselben auf, die im wesentlichen
vertikal orientiert sind, um die vertikale Höhe der Abschnitte der Spulenwindungen
zu erhöhen,
d.h. die Spulenwindungsabschnitte vertikal übereinander anzuordnen, die
horizontal orientiert sind. Die Spulenwindungen 62 sind vorliegend
so gestaltet, daß sie
horizontal orientiert sind. Daher weisen mehrere der Spulenwindungen 62 des
induktiven Elements 60 Windungsabschnitte oder Segmente
auf, die vertikal übereinander
angeordnet sind, wie in den 5A, 5B gezeigt. Während die
Gestaltung des induktiven Elements 60 Spulenwindungen mit
vertikal orientierten Abschnitten 66 und horizontal orientierten
Abschnitten 64 nutzt, sind die Spulenwindungen 62 vorwiegend
und im wesentlichen in mehreren horizontalen Ebenen horizontal orientiert,
die in einer übereinander
angeordneten Gestaltung vertikal voneinander beabstandet sind. Das
heißt,
ein bedeutender Abschnitt oder Segment jeder Spulenwindung ist im
wesentlichen horizontal orientiert. Die vertikalen Abschnitte 66 der
Spulenwindung stellen einen vertikalen Abstand zwischen den horizontalen
Abschnitten 64 bereit, so daß die Spulenwindungen 62 die übereinander
angeordnete Gestaltung bilden, die in 5A dargestellt
wird. Auf diese Weise kann der effektive Plasmaerzeugungsbereich
des induktiven Elements vergrößert werden, ohne
die horizontale Aufstandsfläche
des induktiven Elements beträchtlich
zu vergrößern. Da
außerdem die
Spulenwindungen so gestaltet sind, daß sie vorwiegend horizontal
orientiert sind, wird außerdem
die vertikale Höhe
des induktiven Elements minimiert. Insbesondere weisen die Spulenwindungen 62 parallele
Abschnitte 68 auf, die im wesentlichen parallel zueinander
sind und miteinander in derselben Ebene liegen und einen zentralen
Plasmaerzeugungsbereich 71 des Elements 60 definieren.
Die übereinander
angeordneten Spulenwindungen 62 sorgen für eine größere Anzahl
der Abschnitte 68, die nahe der Mitte 71 des induktiven
Elements 60 anzuordnen sind, ohne die gesamte horizontale
Aufstandsfläche des
induktiven Elements zu vergrößeren. Zusätzliche Spulenwindungen 62 im
induktiven Element 60 werden vielmehr in eine zusätzliche
vertikale Höhe
des induktiven Elements als in eine größere horizontale Aufstandsfläche übertragen.
Folglich kann das induktive Element 60 vielmehr in eine
zusätzliche
vertikale Höhe
des induktiven Elements als in eine größere horizontale Aufstandsfläche übertragen
werden. Folglich kann das induktive Element 60 genutzt
werden, um dichte, einheitliche Plasmen zu erzeugen oder aufrechtzuerhalten,
ohne die horizontale Querschnittsgröße einer Prozeßkammer
in einer Plasmabearbeitungsanlage beträchtlich zu erhöhen. Wie
in 5A dargestellt, wird
die HF-Leistung induktiv in das induktive Element 60 an
den inneren Spulenenden 70 gekoppelt. Da die Spulenwindungen 62 übereinander
angeordnet und vorwiegend horizontal orientiert sind, wird die vertikale
Höhe nicht
bedeutend erhöht,
wie zum Beispiel beim Element 10 in 1. Auf diese Weise stellt das Element 60 eine
horizontal und vertikal kompakte Gestaltung bereit, die verwendet
werden kann, um dichte, einheitliche Plasmen aufrechtzuerhalten,
die normalerweise wesentlich größere induktive
Elemente benötigen.
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5B stellt eine andere Ausführungsform eines
induktiven Elements gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung dar, das eine Kombination von verschiedenen
Merkmalen aus dem induktiven Element 60 in 5A ebenso wie Merkmalen des induktiven
Elements 10 nutzt, das in 1A dargestellt wird.
Insbesondere weist das induktive Element 72 Spulenwindungen 62 auf,
die in der übereinander
angeordneten Gestaltung, wie beschrieben, oder winkelig zur übereinander
angeordneten Gestaltung vorliegen. Die Spulenwindungen 62 sind
vorwiegend innerhalb horizontaler Ebenen angeordnet, da die horizontalen
Abschnitte 64 dieser Windungen bedeutend länger als
die vertikalen Abschnitte 66 sind. Auf diese Weise sind
die Spulenwindungen 62 in einer übereinander angeordneten Gestaltung
in vertikal voneinander beabstandeten horizontalen Ebenen orientiert, ähnlich zum
induktiven Element 60 in 5A.
Das induktive Element 72 weist auch eine oder mehrere Spulenwindungen 74 auf,
die unter einem Winkel zur übereinander
angeordneten Gestaltung orientiert sind. In 5B ist die Spulenwindung 74 in
einer vorwiegend vertikalen Ebene, im wesentlichen senkrecht zu
den übereinander
angeordneten Spulenwindungen 62 orientiert. Jedoch könnten die
zusätzlichen
Spulenwindung oder Windungen 74 irgendwo zwischen den horizontalen
und vertikalen Orientierungen winkelig angeordnet sein. Die HF-Leistung wird in
das induktive Element 72 an den äußeren Spulenenden 76 gekoppelt.
Während
die Spulenwindungen der Elemente in den 5A–5B als
in ihrer Form im wesentlichen halbkreisförmig gezeigt werden, können sie
ebensogut andere Formen aufweisen. Während außerdem 5B Spulenwindungen 74 darstellt,
die im wesentlichen vertikal orientiert sind, können sie winkelig zwischen
der Horizontalen und der Vertikalen angeordnet sein, wie in den 3A und 3B dargestellt.
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Gemäß eines
Aspekts der vorliegenden Erfindung können die ICP-Anlagen und induktiven
Elemente, die hierin offenbart werden, zum Plasma-Ätzen oder
zur plasmaunterstützten
CVD (PECVD) genutzt werden. Gemäß eines
anderen Aspekts der vorliegenden Erfindung könnte das induktiv gekoppelte
Plasma für
ein Zerstäubungsabscheidungsverfahren
oder Zerstäubungsätzverfahren
genutzt werden. In noch einem weiteren Aspekt der Erfindung könnten die
hierin offenbarten induktiven Elemente in Kombination mit einem
zweiten, unabhängig
vorgespannten induktiven Element zur weiteren Beeinflussung eines
Plasma innerhalb einer Prozeßkammer oder
zur Ionisation zerstäubter
Teilchen zur Zerstäubungsabscheidung
genutzt werden.
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Zu
diesem Zweck stellt 8 eine Bearbeitungsanlage 200 dar,
die eine Prozeßkammer 202 nutzt,
um einen Prozeßraum 204 zu
definieren, der ein Substrat 206 hält, das bearbeitet werden soll.
Die Anlage 200 nutzt die induktiven Elemente, wie im vorhergehenden
angegeben, gemäß den Prinzipien
der Erfindung und ist besonders für ein Ionisations-PVD-Verfahren
geeignet, in dem Teilchen, die von einem Target zerstäubt werden,
vor der Abscheidung auf einem Substrat ionisiert werden. Das Substrat 206 sitzt
auf einem Wafer-Halter 208, der unter einem Isolierkammerabschnitt 210 angeordnet
ist, der das Substrat 206 und den Prozeßraum 204 umgibt.
Der Halter 208 umfaßt
den Substrathalter 206b, der mit einer geeigneten Stromversorgung 206a vorgespannt
werden kann. Eine Arbeitsöffnungsplatte 212 und
ein Zerstäubungsabscheidungstarget 214 und
eine zugehörige
Halterung 215 sind auf dem Isolierkammerabschnitt 210 angeordnet.
Die Arbeitsöffnungsplatte 212 weist
darin eine Arbeitsöffnung
oder Öffnung 213 auf,
und das Target 214, das in der Form eines Ringtargets vorliegt,
umgibt die Arbeitsöffnung 213.
Das Target 214 ist mit einer geeigneten Gleichstromversorgung 226b gekoppelt.
Das Isolierfenster 216 ist auf der Arbeitsöffnungsplatte 212 und
dem Target 214 angeordnet. Das induktive Element 220 ist
auf dem Isolierfenster 216 angeordnet.
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Gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung kann das induktive Element 220 irgendeines einer
Anzahl geeignet gestalteter induktiver Elemente sein, die in Verbindung
mit einem ebenen Isolierfenster betriebsfähig sind, wie das induktive
Element 10, das in 1A dargestellt
und in 8 gezeigt wird. Es könnten Faraday-Käfige 234, 236 in
der Anlage 200 genutzt werden, wie bezüglich der Anlage der 1D erläutert. Das induktive Element 10 weist vertikale
Spulenwindungen 222 und horizontale Spulenwindungen 224 auf.
Die horizontalen Spulenwindungen 224 sind im wesentlichen
in einer Ebene parallel zu einer ebenen Oberseite 225 des
Isolierfensters 216 angeordnet. Das induktive Element 220 koppelt
elektrische Energie in den Prozeßraum 204 und koppelt
insbesondere Energie in ein Plasma im Prozeßraum 204 durch das
Fenster 216. Das Plasma wird genutzt, um Material aus dem
Target 214 zu zerstäuben
und die zerstäubten
Atome des Targetmaterials zu ionisieren, das dann auf dem Substrat 206 gemäß bekannten
Ionisations-Zerstäubungsabscheidungstechniken
abgeschieden wird. Das induktive Element 220 ist durch
die Anpassungseinheit 226a mit einer HF-Stromversorgung 226 gekoppelt.
Das Target 214 ist zur Vorspannung des Targets mit einer Gleichstromversorgung 226b gekoppelt.
Während das
in 9A gezeigte induktive Element 220 in
seiner Gestaltung ähnlich
zum induktiven Element ist, das in den 1A und 1B dargestellt
wird, können auch
andere induktive Elemente gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung in der Anlage 200 in Verbindung
mit einem ebenen Isolierfenster 215 genutzt werden. Zum
Beispiel könnten
auch die induktiven Elemente, die in den 1C, 2A–2B, 3A–3B, 4 und 5B dargestellt
werden, nahe dem ebenen Fenster 216 genutzt werden.
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Um
ferner ein Plasma zu kontrollieren und zu beeinflussen, das im Prozeßkammerraum 204 gebildet
wird, ist gemäß einem
Aspekt der Erfindung ein sekundäres
induktives Element 230 um den Isolierkammerabschnitt 210 angeordnet.
Zu diesem Zweck kann das sekundäre
induktive Element 230 in der Form eines zylindrischen Spulenelements
vorliegen, das um den Abschnitt 210 gewickelt ist, wie
in 8A gezeigt. Das induktive Element 230 ist
durch die Anpassungseinheit 232a an eine HF-Stromversorgung 232 gekoppelt.
Die Versorgung 232 arbeitet unabhängig von der HF-Stromversorgung 226.
Auf diese Weise werden das primäre
induktive Element 220 und ein sekundäres induktives Element 230 unabhängig vorgespannt
und betrieben. Die beiden unabhängigen
HF-Stromversorgungen 226, 232 können zur
Einstellung des Leistungsbetrags genutzt werden, der in das Plasma
geliefert wird.
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Ein
spezifischer Vorteil der erfinderischen Anlage 200, die
zwei unabhängig
vorgespannte induktive Elemente nutzt, wird mit einem Ionisations-PVD-Verfahren
realisiert. In einem Ionisations-PVD-(iPVD)-Verfahren, wie einem
PVD-Verfahren mit ionisiertem Metall, werden Metallteilchen (z.B. Al-Teilchen)
aus einem Target unter Nutzung des Plasmas zerstäubt, das durch die primären Elemente erzeugt
und unterhalten wird, und nach der Zerstäubung werden die Teilchen durch
das sekundäre
Plasma ionisiert. Ein Ionisations-PVD-Verfahren läßt eine Abscheidung
von Metallfilmen auf Substrate zu, wobei Merkmale genutzt werden,
die hohe Längenverhältnisse
aufweisen. Die Maximierung der Elektronentemperatur und Elektronendichte
im Plasma ist ein wichtiger Punkt zur Optimierung der Ionisation der
Metallteilchen in einem iPVD-Verfahren. Was jedoch häufig in
einem iPVD-Verfahren auftritt, ist daß die erhöhte Metallteilchendichte, die
im primären Plasma
vorhanden ist, die Elektronentemperatur im primären Plasma abschreckt oder
reduziert, die dadurch die Gesamtmetallionisation reduziert, die
erzielt werden kann. Außerdem
wird die Energie, die mit den zerstäubten Metallteilchen verbunden
ist, häufig
durch das Prozeßgas,
wie Argon absorbiert, was zu einer Reduzierung der Dichte oder einer
Verdünnung
des Argon-Prozeßgases
führt.
Die Verdünnung
des Argongases reduziert wiederum die Thermalisierungseffektivität der zerstäubten Atome
und reduziert dadurch die Ionisation des Metalls weiter.
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Bei
Nutzung einer Anlage, wie sie in 8 dargestellt
wird, und gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung werden Metallatome mit hochdichten Plasmen
in zwei unterschiedlichen Bereichen des Prozeßraums wechselwirken, die durch
die induktiv gekoppelte Energie aus den getrennten induktiven Elemente 220 und 230 definiert
werden. Gemäß den oben
erläuterten
Prinzipien der Erfindung stellt das primäre induktive Element 220 ein
hochdichtes und einheitliches Plasma nahe den Targets 214 bereit. Das
auf dem Substrat 206 abzuscheidende Material wird vom Target 214 zerstäubt und
durch das primäre Plasma
ionisiert. Ein gewisser Bruchteil des zerstäubten Materials durchquert
den primären
Plasmabereich, ohne sich vollständig
auf die lokale Gastemperatur abzukühlen und wird folglich keine
Möglichkeit
haben, mit Plasmateilchen zu kollidieren und ionisiert zu werden.
Das sekundäre
induktive Element 230 erhöht die Ionisation des zerstäubten Materials beträchtlich,
da die zerstäubten
Atome die Möglichkeit
haben, sich in der Zeit, bis sie das sekundäre Plasma erreichen, auf einen
thermischen Zustand abzukühlen,
und folglich imstande sind, mit Plasmateilchen zu kollidieren, um
ionisiert zu werden. Außerdem
wird jeder Bruchteil der vorher ionisierten zerstäubten Atome,
die mit Elektronen des Plasmas zu einem neutralen Zustand rekombiniert
haben, erneut durch das sekundäre
Plasma ionisiert. Die erneue Ionisation wird in dem Bereich des
Prozeßraums
nahe des induktiven Elements 230 stattfinden, das heißt dem Raum
direkt über
dem Substrat 206. Das sekundäre induktive Element 230 liefert
unabhängig
von den Wirkungen des primären
induktiven Elements 220 Energie an ein Plasma in der Prozeßkammer 202.
Auf diese Weise wird eine größere Energiemenge
an das Plasma und die Metallteilchen geliefert, die vom Target 214 zerstäubt werden,
was folglich die gewünschte
Ionisation der Metallteilchen erhöht und die Gleichmäßigkeit
des Flusses des ionisierten Metalls erhöht. Außerdem fügt das sekundäre induktive Element 230 dem äußeren Umfang
des Plasmafeldes HF-Energie hinzu, wo ein beträchtlicher Betrag des Flusses
des ionisierten Metalls infolge von Rekombination und Seitenwandadsorption
verloren geht, die mit dem Isolierkammerabschnitt 210 verbunden
ist. In einer Ausführungsform
der Erfindung kann das primäre
induktive Element an eine HF-Stromversorgung 226 gekoppelt
sein, die mit annähernd
13,56 MHz arbeitet, während
die sekundäre HF-Stromversorgung 232 mit
annähernd
2 MHz arbeiten kann. Die Stromversorgungen 226, 232 arbeiten
unabhängig.
Im allgemeinen können
die induktiven Elemente durch Versorgungen innerhalb des Bereichs
von Anregungsfrequenzen von 400 kHz bis 100 MHz betrieben werden.
Die HF-Stromversorgungen
sind mit den induktiven Elemente durch Anpassungseinheiten 226a, 232a gekoppelt,
um eine maximale HF-Leistung in das Plasma zu liefern.
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Ein
Plasma, das unter Nutzung zweier induktiver Elemente erzeugt wird,
wie in 8 dargestellt, kann angemessener über einen
weiteren Bereich der Targetleistung und der Gasdruckparameter gesteuert werden,
da die Leistung dem Plasma aus zwei unabhängigen Energiequellen zugeführt wird.
Außerdem wird
die in 8 dargestellte Anlage 200 die
Größe des Bereichs
der Metallteilchen-Ionisation erhöhen, indem eine unabhängige Steuerung
des Plasmas in dem Bereich direkt über dem Substrat 206 bereitgestellt
wird, und daher eine unabhängige
Steuerung der Wechselwirkung des Plasmas mit Teilchen, die vom Target 214 zerstäubt werden.
Außerdem
hat der Erfinder festgestellt, daß eine Anlage, die ähnlich zur Anlage 200 ist,
auch andere physikalische Mechanismen zum Einleiten elektrischer
Energie in das Plasma nutzen kann, wie Ionenschallwellen, Plasma-Elektronenwellen
und andere Wellen-Kopplungsmechanismen. Außerdem ist ein weiterer Vorteil
der erfinderischen Anlage, die hierin erläutert wird, daß die Gesamtleistung,
die in das Plasma geliefert wird, in zwei Anteile aufgeteilt werden
kann, was für
höhere
kumulative Leistungspegel sorgt, die dem Plasma zugeführt werden.
Zusätzlich
reduziert die Aufteilung der Leistungsanforderung zwischen primären und sekundären induktiven
Elementen die Erwärmung dieser
Elemente und macht die Kühlung
der Elemente leichter.
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Die
Anlage 200 kann außerdem
verwendet werden, um den räumlichen
Ionisationswirkungsgrad von Teilchen zu erhöhen, die vom Target 214 zerstäubt werden.
Die Größe der zentralen Öffnung 213 in
der Arbeitsöffnungsplatte 212 wird
die zerstäubten Atome
einschränken,
die das Substrat treffen, bevor sie abkühlen und ionisiert werden.
Die Größe der zentralen Öffnung könnte variiert
werden, um einen größeren oder
kleinere Betrag der zerstäubten
Teilchen vom primären
Element 220 zurück
in das Plasma zu reflektieren, damit sie ionisiert werden. Dies erhöht die Ionisationswahrscheinlichkeit
für die
zerstäubten
Teilchen, bevor sie die Substratoberfläche treffen. Die Anlage in 8A macht das Ionisationsverfahren unabhängiger vom
Gasdruck im Prozeßraum 204 und
unabhängiger
von der Energiemenge, die dem Target 214 zugeführt wird,
um Teilchen davon zu zerstäuben.
Dadurch wird das Gesamt-„Prozeßfenster" der Anlage vergrößert, was
ein bedeutender Vorteil gegenüber
Anlagen des Stands der Technik ist, die einzelne, ebene induktive
Elemente verwenden, die auf bestimmte Prozeßgas-Druckbereiche und Leistungsbeschränkungen
beschränkt sind.
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Zur
weiteren Erhöhung
der induktiven Kopplung von Energie in das Gasplasma, die oben erläutert wird,
kann die Anlage 200 Faraday-Käfige in der Form einer geschlitzten
Abschirmung 234 nahe einer Innenseite des Isolierfensters 216 und
einer Abschirmung 236 nutzen, die den Kammerabschnitt 210 nahe
des sekundären
induktiven Elements 230 umgibt. Faraday-Käfige sind
in Ionisations-PVD-Anlagen nützlich,
die metallisches Material verwenden, das sich auf den Isolierflächen in
der Kammer anreichern kann und einen elektrischen Kurzschluß zwischen
inneren Teilen und dem Plasma verursachen kann. Faraday-Käfige erhöhen auch
die induktive Kopplung von Energie vom Element 230 in das Plasma.
Die Faraday-Käfige
werden im allgemeinen geerdet und arbeiten gemäß bekannten Plasma-Prinzipien,
um kapazitive elektrische Felder zu reduzieren, die durch die induktiven
Elemente 220, 230 erzeugt werden, wie oben erläutert.